Transcript 대심도 연약지반에서 강관말뚝의 적용성

Dong-A University
Department of Civil Engineering
대심도 연약지반에서
강관말뚝의 적용성 분석
2011. 11. 30.
동아대학교 김성렬
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
1
부마찰력을 받는 말뚝기초의 경제적인 설계법 고찰
발표 순서
1. 부마찰력을 받는 말뚝의 설계법 고찰
2. 말뚝재료 설계강도 비교
3. 항타관입성 및 지지력 비교
4. 강관말뚝의 적용성 분석
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
2
1. 부마찰력을 받는 말뚝의 설계법 고찰
1. 부마찰력을 받는
말뚝의 설계법 고찰
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
3
1. 부마찰력을 받는 말뚝의 설계법 고찰
부마찰력 ?

말뚝 주변 지반 침하량 > 말뚝의 침하량
→ 지반이 말뚝을 하향으로 끌어내리는 힘
중립면
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
4
1. 부마찰력을 받는 말뚝의 설계법 고찰
부마찰력이 발생하는가?

캐나다 기초설계 시방서(1985)
- 항타 또는 현장 타설말뚝 시공에 의한 지반교란으로 부마찰력이 유발됨
- 지반-말뚝 상대변위가 약 1mm만 발생하여도 최대 부마찰력이 유발되
기에 충분함 (Fellenius, 1972; Bjerin, 1977)

한국지반공학회 구조물 기초설계기준 해설(2009)
- 1차 압밀 또는 2차 압밀, 항타로 인한 주변지반 교란 등에 의해서도
부마찰력이 발생하므로 설계시 이를 충분히 고려해야 함
 연약지반 설치 말뚝은 부마찰력을 고려한 설계가 필요함
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
5
1. 부마찰력을 받는 말뚝의 설계법 고찰
설계법 - 기존 설계절차
1) 중립면 위치 결정: 지반침하량, 말뚝침하량 산정
Qload
2) 부마찰력 (Qns) 산정: 중립면에서의 최대 하중
3) 허용지지력 산정 : 부마찰력 지지력 저감
Qa 
Rt  R ps  Qns
FS
Qa 
Rt  R ps
FS
Qns
 Qns
중립면
4) 말뚝체 강도 > 중립면에서의 최대하중
 y  At
FS
Rps
 (Qload +Q ns )
Rt
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
6
1. 부마찰력을 받는 말뚝의 설계법 고찰
Unified Method-1) 중립면 위치 결정

Unified Method : Fellenius(1991)이 제안한 경제적인 부마찰력 설계법

중립면의 위치 : 사하중 + dragload = 선단지지력+정마찰력
7
1. 부마찰력을 받는 말뚝의 설계법 고찰
Unified Method-2) 지지력 결정
Load (kN)
0
500
Load
1000 1500 2000 2500 3000 3500
1) 기존 설계법
0
5
10
After 164days
Depth (m)
15
8h
21h
3day
6day
10day
15day
23day
35day
53day
68day
104day
133day
141day
164day
Qa =
R t +R ps -Q ns
FS
4300+800-3000
=
 700 kN ?
3.0
20
2) Unified Method
25
중립면
30
Qa =
R t +R ps +Q ns
FS
4300+800+3000
=
 2, 700 kN !
3.0
35
40
PHC φ600mm, B-type
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
8
1. 부마찰력을 받는 말뚝의 설계법 고찰
Unified Method-3) 말뚝체 강도

말뚝체 강도 (장기허용강도, 단기허용강도)
- 장기허용강도 : 말뚝두부에 적용되는 말뚝체 강도
- 단기허용강도 : 지진시 또는 중립면에 적용되는 말뚝체 강도
말뚝두부: 축하중+전단력+모멘트
장기허용강도
중립면: 축하중, (deadload+dragload)
흙 구속압 영향으로 버클링 없음
단기허용강도
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
9
1. 부마찰력을 받는 말뚝의 설계법 고찰
Unified Method-4) 침하량

말뚝두부침하량= 중립면 지반 침하량 + 중립면 상부 말뚝 탄성압축량
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
10
1. 부마찰력을 받는 말뚝의 설계법 고찰

군말뚝에 대하여 가상 기초 (Equivalent footing) 개념을 적용함.

말뚝 하중(deadload)은 중립면 하부 흙의 유효응력 증가 유발
 가상기초면 위치 = 중립면 깊이
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
11
2. 말뚝재료 설계강도 비교
2. 말뚝재료 설계강도 비교
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
12
2. 말뚝재료 설계강도 비교
말뚝두부 - 장기 허용강도

말뚝두부 장기허용강도 : 일반적으로 적용되는 말뚝재료강도임
PHC말뚝 (B종 기준)
강관말뚝
직경
두께
(mm)
(mm)
355.6
허용강도 허용강도
SPS400 SPS490
직경
두께
허용강도
(mm)
(mm)
(ton)
(ton)
(ton)
8
91
123
350
60
90
406.4
9
121
165
400
65
112
457.2
9
137
186
450
70
138
508.0
10
174
236
500
80
174
609.6
12
261
355
600
90
238
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
13
2. 말뚝재료 설계강도 비교
중립면 - 단기 허용강도

중립면 단기허용강도 : 축력이 최대가 되는 중립면 적용강도임
- SPS 400 강관말뚝은 PHC 말뚝의 83%
- SPS 490 강관말뚝은 PHC 말뚝의 113 %
강관말뚝
방법
일본
PHC말뚝 (B종)
허용강도
허용강도
SPS400
SPS490
(ton)
(ton)
8.0
137
406.4
9.5
457.2
직경
두께
직경
두께
허용강도
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(ton)
355.6
186
350
60
170
195
265
400
65
210
9.0
206
280
450
70
260
508.0
10
262
355
500
80
330
609.6
12
393
533
600
90
460
건축학회
14
3. 항타 시공성 및 지지력 비교
3. 항타 시공성 및 지지력 비교
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
15
3. 항타 시공성 및 지지력 비교
강관-PHC 말뚝 동재하 시험
0.0
GL(¡ ¾
) 0.0
MD1-1
MC2-1 MC2-2
MC3-2 100 m
Fill
<동재하 시험 개요>
10.0
Silty sand
말뚝
제원
20.0
EOID
근입깊이
말뚝번호
최종관입
(m)
(mm/타)
Depth (m)
Silty clay
PHC
600mm
(B type)
30.0
Silty sand
PHC-1
34.5
2.7
PHC-2
34.4
2.8
SP-1
57.4
2.9
SP-3
57.1
2.7
40.0
Silty clay
50.0
60.0
SPS400
609×12t
Silty sand
Sand & Gravel
<부산 명지지구 지층구성>
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
16
3. 항타 시공성 및 지지력 비교
항타 관입성 비교
<PHC-1> blow
0
5
count/10cm 그래프
Blow count(bl/10cm)
10
횟수/10cm
PDA Ru
15
<SP-2>
0
20
횟수/10cm
PDA Ru
blow count/10cm 그래프
20
Blow count(bl/10cm)
40
60
80
100
0
0
매립층
매립층
5
10
10
모래층
20
실트질
점토층
모래층
Lp( m)
Lp(m)
15
20
실트질
점토층
25
30
모래층
40
점토층
30
50
모래층
35
모래층
60
모래질
자갈층
40
100
200
300
400
RU(ton)
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
17
3. 항타 시공성 및 지지력 비교
항타관입성 비교

항타 종료깊이 비교
- PHC말뚝: 단단한 모래층(33m-45m 깊이)에서 항타 종료
- 강관말뚝: 모래자갈층(57m 깊이)까지 근입
- 33~45m 아래 연약층이 존재할 경우 PHC 말뚝의 적용이 어려움

항타응력 비교 : PHC 말뚝의 경우 인장응력 발생에 유의해야 함
구분
PHC-1
말뚝머리 말뚝선단
압축응력 압축응력
CSB
CSX
2
(kg/cm ) (kg/cm2)
363
245
말뚝
인장응력
TSX
(kg/cm2)
278
200
65
SP-1
1,766
1,127
315
1,873
1,273
허용
인장응력
(kg/cm2)
480
102
2160
1080
87
PHC-2
SP-2
허용
압축응력
(kg/cm2)
301
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
18
3. 항타 시공성 및 지지력 비교
지반 지지력 비교

지반 지지력 비교
- 강관말뚝의 선단지지력이 PHC 말뚝의 약 70%. Setup 효과를
고려할 때 증가될 것으로 판단됨.
- 대심도 말뚝의 지반지지력은 재료강도보다 일반적으로 크므로
설계에 큰 영향을 미치지 않음
<EOID 시험 CAPWAP 결과>
CAPWAP 분석 (ton)
근입
깊이
(m)
RMX
(ton)
전체
주면
마찰력
선단
지지력
PHC-1
34.5
337
340.3
123
217
PHC-2
34.4
263
294.8
130
164
SP-1
57.4
270
243.2
110
132
SP-2
57.1
323
284.6
148
136
구분
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
19
4. 강관말뚝의 적용성 분석
4. 강관말뚝의 적용성 분석

재료강도(중립면) 비교
- SPS 400 강관 = PHC 말뚝의 83%
- SPS 490 강관 = PHC 말뚝의 113%

지반지지력 비교
- 대심도 연약지반 말뚝의 경우 지반지지력보다 재료강도가 큰 영향

항타관입성 비교
- PHC말뚝: 단단한 모래층(33m-45m 깊이)에서 항타 종료
- 강관말뚝: 모래자갈층(57m 깊이)까지 근입
→ 단단한 모래층 아래에 2~6m의 연약층으로 인한 침하량 발생
→ 강관말뚝 선정
Dong-A Geotechnical Engineering Laboratory
20